礦山地理信息元數(shù)據(jù)標準的建立*

王 莉

(河南理工大學測繪與國土信息工程學院)

隨著我國各種礦山開采規(guī)模的不斷擴大和計算機技術(shù)、GIS技術(shù)在礦山行業(yè)的應(yīng)用以及“數(shù)字礦山”的快速發(fā)展，礦山行業(yè)積累了大量的空間和非空間數(shù)據(jù)，為了存儲、管理和應(yīng)用這些礦山數(shù)據(jù)資源，礦山行業(yè)各系統(tǒng)和部門大都建立本部門的礦山地理信息管理系統(tǒng)。這些系統(tǒng)未能從全局角度分析礦山行業(yè)的需要，造成大量的數(shù)據(jù)浪費，通用性和共享性較差，同時也加大了數(shù)據(jù)獲取和管理的成本，阻礙了數(shù)據(jù)在各部門用戶之間的共享和應(yīng)用［1-2］。因此，數(shù)據(jù)的共享成為礦山信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重中之重，只有通過標準規(guī)范的數(shù)據(jù)模型描述這些數(shù)據(jù)才能確保數(shù)據(jù)重復(fù)度最小，因此礦山地理信息元數(shù)據(jù)的研究在礦山地理信息建設(shè)中是迫切需要的。礦山地理信息元數(shù)據(jù)不僅能夠描述礦山數(shù)據(jù)，還可以規(guī)范礦山數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。目前國內(nèi)外尚未制定出相應(yīng)的礦產(chǎn)行業(yè)元數(shù)據(jù)標準，因此，開展礦山地理信息元數(shù)據(jù)標準的研究，建立礦山地理信息元數(shù)據(jù)庫，為礦山相關(guān)部門和領(lǐng)域的科學研究提供數(shù)據(jù)支持和信息共享是非常緊迫的工作［3］。同時，在礦山地理信息管理系統(tǒng)中引入元數(shù)據(jù)也是“數(shù)字礦山”今后的必然發(fā)展趨勢。

1 元數(shù)據(jù)及標準的設(shè)計

1.1 元數(shù)據(jù)

目前，國內(nèi)外還沒有對元數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一標準的定義，通常認為，元數(shù)據(jù)是關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)(the data about data)，即元數(shù)據(jù)是描述數(shù)據(jù)的內(nèi)涵、數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)特征、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)精度等的信息［4］。通過這些信息可以存儲、管理、共享和處理大量結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，跟蹤監(jiān)測數(shù)據(jù)的質(zhì)量［5］。根據(jù)以上元數(shù)據(jù)的含義描述，礦山地理信息元數(shù)據(jù)應(yīng)該是關(guān)于礦山地理信息數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)(the data about mine data)，即描述礦山數(shù)據(jù)的內(nèi)容、數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、特征等信息，也可稱為礦山地理信息數(shù)據(jù)的描述性數(shù)據(jù)或解釋數(shù)據(jù)。要真正實現(xiàn)礦山數(shù)據(jù)資源共享就要求數(shù)據(jù)處理過程即數(shù)據(jù)的采集、儲存、傳輸、管理等符合國家標準和各類礦山行業(yè)規(guī)范，這就要求礦山地理信息數(shù)據(jù)庫包含大量的結(jié)構(gòu)化的元數(shù)據(jù)。礦山地理信息元數(shù)據(jù)相當于一個數(shù)據(jù)共享的協(xié)議，這個協(xié)議使得礦山數(shù)據(jù)的分類、數(shù)據(jù)發(fā)掘、數(shù)據(jù)恢復(fù)重用成為可能。因此，大量收集礦山地理信息元數(shù)據(jù)和編制元數(shù)據(jù)標準極其重要。

1.2 元數(shù)據(jù)的作用

礦山地理信息元數(shù)據(jù)可以用來輔助礦山管理部門管理礦山數(shù)據(jù)。在設(shè)計礦山地理信息元數(shù)據(jù)標準之前，應(yīng)先進行需求分析，大量搜集各類礦山數(shù)據(jù)資源，明確元數(shù)據(jù)在礦山數(shù)據(jù)生產(chǎn)者、數(shù)據(jù)采集者、各類用戶中的作用，其主要作用［6-8］如下。

(1)幫助礦山數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位有效地存儲、傳輸、管理、維護礦山數(shù)據(jù)，保護數(shù)據(jù)的價值。

(2)幫助礦山數(shù)據(jù)采集者明確數(shù)據(jù)質(zhì)量信息，包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)修改、數(shù)據(jù)處理等。

(3)為礦山行業(yè)用戶提供查詢、瀏覽和評價礦山數(shù)據(jù)或其他相關(guān)信息的功能。如果能夠在礦山行業(yè)中建立起統(tǒng)一、完整的元數(shù)據(jù)標準，并且，各個礦山管理部門都能按照固定格式組織和管理本部門的數(shù)據(jù)，就可以真正實現(xiàn)礦山地理數(shù)據(jù)的共享，使得礦山地理信息更易被人們理解和管理。

(4)為用戶提供礦山數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位相關(guān)信息，如數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)內(nèi)容、數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)銷售，方便用戶檢索礦山地理數(shù)據(jù)資源。

(5)為各類用戶提供數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的平臺，幫助用戶快速轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。礦山數(shù)據(jù)種類繁多、數(shù)據(jù)類型多樣、存儲格式差異，對于不同類型數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換功能也是必要的。

(6)為礦山地理信息數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)倉庫應(yīng)用提供其他服務(wù)。

1.3 元數(shù)據(jù)標準

目前，國外眾多組織機構(gòu)已經(jīng)先后制定和發(fā)布了一系列與地理空間信息相關(guān)的元數(shù)據(jù)標準，如FGDC(美國聯(lián)邦地理數(shù)據(jù)委員會)的地理空間元數(shù)據(jù)標準(CSDGM)［9］、CEN/TC287(歐洲地理信息標準化委員會)的CEN地理信息:數(shù)據(jù)描述:元數(shù)據(jù)、ISO/TC211(國際標準化組織)的ISO地理信息元數(shù)據(jù)、NASA(美國宇航局)的目錄交換格式(DIF)、CIESIN(美國國際地球科學信息網(wǎng)絡(luò)中心)的元數(shù)據(jù)標準、CGSB(加拿大標準委員會)的地球空間數(shù)據(jù)集描述、ANZLIC(澳大利亞新西蘭土地信息委員會)的核心元數(shù)據(jù)元素等［10-11］。其中FGDC、CEN和ISO在元數(shù)據(jù)標準方面做的工作已成為國際上許多元數(shù)據(jù)標準的藍本。近幾年，國內(nèi)也有很多部門開始制定本部門的元數(shù)據(jù)標準。盡管我國已經(jīng)制定了很多地理空間信息相關(guān)方面元數(shù)據(jù)標準，如SIC(國家信息中心)制定的NSII元數(shù)據(jù)標準、SAC(國家標準化管理委員會)制定的地理信息元數(shù)據(jù)、MLR(國土資源部)的國土資源信息核心元數(shù)據(jù)標準［12］、NGCC(國家基礎(chǔ)地理信息中心)的國家基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)(NFGIS)元數(shù)據(jù)標準、MOHURD(住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部)的城市地理空間信息共享與服務(wù)元數(shù)據(jù)標準［13］、CGS(國家地質(zhì)調(diào)查)局的地質(zhì)信息元數(shù)據(jù)標準［14］，但還是缺少適應(yīng)我國現(xiàn)狀的礦山或礦山行業(yè)地理信息元數(shù)據(jù)標準。

2 礦山地理信息元數(shù)據(jù)標準

由于礦山行業(yè)的數(shù)據(jù)種類多，數(shù)據(jù)量大，所以制定礦山地理信息元數(shù)據(jù)標準就需要在需求分析之后對收集到的各數(shù)據(jù)集進行詳細分析、細化再進行綜合。首先，根據(jù)礦山地理信息元數(shù)據(jù)標準的功能和內(nèi)容進行需求分析，收集各種類型和格式的數(shù)據(jù)，元數(shù)據(jù)也隨之產(chǎn)生;其次，在考慮礦山數(shù)據(jù)涉及的所有學科基礎(chǔ)上對這些元數(shù)據(jù)的內(nèi)容中進行合并、修改和調(diào)整;最終結(jié)合國內(nèi)外各類元數(shù)據(jù)標準形成礦山行業(yè)的地理信息元數(shù)據(jù)標準。

2.1 礦山地理信息元數(shù)據(jù)標準的建立

礦山地理信息元數(shù)據(jù)標準的建立是一個非常繁瑣和復(fù)雜的過程，具體可以分為數(shù)據(jù)收集、元數(shù)據(jù)整理、元數(shù)據(jù)標準草案形成和元數(shù)據(jù)標準確定4個階段。

(1)數(shù)據(jù)收集階段。根據(jù)礦山地理信息相關(guān)標準和規(guī)范進行需求分析的基礎(chǔ)上收集各種類型礦山數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)。然后對數(shù)據(jù)反復(fù)進行分析和整理，包括各種數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)的描述、含義、數(shù)據(jù)類型等。

小學語文教師在學生提出質(zhì)疑時，不應(yīng)當以同標準答案不符為理由，而直接對學生加以簡單地否定，而是應(yīng)當對學生加以悉心地引導(dǎo)，幫助其發(fā)現(xiàn)其見解中存在的不合理之處，從而使其在這一過程之中思維能力得到鍛煉。而且，這樣做的好處還能夠讓學生養(yǎng)成創(chuàng)新意識。如筆者在帶領(lǐng)學生學習《吃水不忘挖井人》這篇課文時，鼓勵學生大膽發(fā)表質(zhì)疑，有學生便指出文中使用“吃水”一詞是不準確的，因為水是流動的，故而應(yīng)當使用“喝水”一詞加以表述才是正確的。筆者針對學生提出的這一質(zhì)疑，便組織學生進行了分組討論，其后在各組學生得出討論結(jié)果之后，筆者逐一進行了點評，并為其講解了之所以使用“吃水”一詞的緣故，如此便達到了良好的課堂教學互動目的。

(2)元數(shù)據(jù)分析階段。在分析整理元數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對元數(shù)據(jù)之間的關(guān)系進行更為詳細的分析，生成元數(shù)據(jù)字典，并繪制礦山地理信息元數(shù)據(jù)的關(guān)系圖，詳細定義元數(shù)據(jù)信息。

(3)元數(shù)據(jù)標準草案形成階段。在形成了元數(shù)據(jù)字典和元數(shù)據(jù)的關(guān)系圖基礎(chǔ)上，再將關(guān)系圖中內(nèi)容進行細化，形成元數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換為元數(shù)據(jù)標準草案。元數(shù)據(jù)標準草案包括元數(shù)據(jù)關(guān)系圖，元數(shù)據(jù)字典，元數(shù)據(jù)的定義、約束、類型、值域等詳細信息，元數(shù)據(jù)擴展，元數(shù)據(jù)一致性測試內(nèi)容，礦山地理信息元數(shù)據(jù)代碼表等。

(4)元數(shù)據(jù)標準確定階段。結(jié)合CSDGM、國土資源信息核心元數(shù)據(jù)標準和NFGIS元數(shù)據(jù)標準，將草案標準化、規(guī)范化，廣泛征集意見，不斷完善元數(shù)據(jù)標準，最終形成礦山地理信息元數(shù)據(jù)標準。

2.2 礦山地理信息元數(shù)據(jù)標準的框架

礦山是一個復(fù)雜的巨系統(tǒng)，具有空間廣泛、動態(tài)變化等特征。礦山數(shù)據(jù)除具備一般數(shù)據(jù)的客觀性、普遍性、多樣性、復(fù)雜性、可復(fù)制和共享性之外［15］，還具有礦山本身的基礎(chǔ)性、綜合性、系統(tǒng)性、三維空間特性、動態(tài)性、不確定性和隨機性、現(xiàn)勢性和滯后性特征［16］。針對礦山地理數(shù)據(jù)的以上特征，礦山地理信息元數(shù)據(jù)標準應(yīng)具有礦山特色［17］。本研究初步設(shè)計的礦山地理信息元數(shù)據(jù)主要包括元數(shù)據(jù)信息、標識信息、數(shù)據(jù)質(zhì)量信息、空間參照信息、數(shù)據(jù)集內(nèi)容信息、分發(fā)信息、負責單位聯(lián)系信息7部分內(nèi)容，見圖1。

圖1 礦山地理信息元數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

(1)元數(shù)據(jù)信息。元數(shù)據(jù)信息包括礦山信息的全部元數(shù)據(jù)信息，元數(shù)據(jù)信息由元數(shù)據(jù)實體和元數(shù)據(jù)元素構(gòu)成。必選實體包括標識、數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)集內(nèi)容、負責單位聯(lián)系;條件必選實體為空間參照系統(tǒng);可選實體為分發(fā)信息。必選元素為元數(shù)據(jù)創(chuàng)建日期;可選元素包括元數(shù)據(jù)名稱、字符集、語種、元數(shù)據(jù)標準名稱、元數(shù)據(jù)標準版本。

(2)標識信息。記錄礦山地理信息數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)集的基本信息的元數(shù)據(jù)子集，用于唯一標識一個數(shù)據(jù)集，包括數(shù)據(jù)集引用、數(shù)據(jù)集限制、數(shù)據(jù)集格式、數(shù)據(jù)集時間范圍、地理坐標范圍信息、垂向范圍信息、瀏覽圖信息、維護信息。

(3)數(shù)據(jù)質(zhì)量信息。對礦山地理信息數(shù)據(jù)集質(zhì)量進行總體評價，包括數(shù)據(jù)概述、完整性、邏輯一致性、位置精度、時間精度、屬性精度、附件質(zhì)量、數(shù)據(jù)志等信息。

(4)空間參照系統(tǒng)信息。描述礦山地理信息數(shù)據(jù)庫的空間參照信息，是數(shù)據(jù)集使用的空間參照系說明，包括基于地理標識的空間參照系、基于坐標的空間參照系和垂向坐標系統(tǒng)。

(5)數(shù)據(jù)集內(nèi)容信息。描述礦山地理信息數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)集的內(nèi)容信息，包括圖層名稱、要素(實體)類型、屬性列表、柵格/影像內(nèi)容、屬性結(jié)構(gòu)描述。

(6)分發(fā)信息。關(guān)于數(shù)據(jù)集分發(fā)及其獲取信息，包括分發(fā)單位聯(lián)系信息、在線資源下載信息、訂購說明等。

(7)負責單位聯(lián)系信息。描述元數(shù)據(jù)負責單位聯(lián)系信息，包括負責人姓名、負責單位名稱、聯(lián)系信息、電話、電子郵箱地址等。

3 元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的設(shè)計

分析目前國內(nèi)外一些空間信息元數(shù)據(jù)系統(tǒng)，如FGDC的I－Site軟件包，NGIEC的空間信息元數(shù)據(jù)，Microsoft的 Metadata Document Generator，Blue Angel Technologies的 MetaStar系列，ESRI的 Metadata Document軟件包［18－19］，這些元數(shù)據(jù)系統(tǒng)基本上都具有4個主要功能模塊:①元數(shù)據(jù)瀏覽器:瀏覽及預(yù)覽空間數(shù)據(jù)庫的元數(shù)據(jù);②元數(shù)據(jù)編輯器:編輯元數(shù)據(jù)信息，并對元數(shù)據(jù)進行新建、復(fù)制、粘貼、移動、插入、刪除、更新操作;③元數(shù)據(jù)服務(wù)器:幫助用戶查詢、檢索元數(shù)據(jù)，存儲和管理用戶發(fā)布的元數(shù)據(jù);④元數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)器:管理元數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫，并在網(wǎng)絡(luò)上進行發(fā)布［20-22］。

本設(shè)計的元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)，采用SQL Server2005作為后端數(shù)據(jù)庫平臺，在Visual Studio 2005集成開發(fā)環(huán)境下進行系統(tǒng)開發(fā)。服務(wù)器端包括礦山地理信息元數(shù)據(jù)服務(wù)器、礦山元數(shù)據(jù)管理器、元數(shù)據(jù)庫;客戶端包括元數(shù)據(jù)查詢模塊、元數(shù)據(jù)管理模塊、元數(shù)據(jù)錄入模塊和元數(shù)據(jù)編輯模塊。

本設(shè)計的礦山地理信息元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)包括4個功能模塊，見圖2。

圖2 礦山地理信息元數(shù)據(jù)系統(tǒng)功能模塊

(1)元數(shù)據(jù)查詢子系統(tǒng)。實現(xiàn)對礦山地理信息元數(shù)據(jù)查詢，包括制定條件在數(shù)據(jù)庫中查詢，分為名稱查詢、摘要查詢和關(guān)鍵詞查詢。

(2)元數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)。創(chuàng)建、刪除元數(shù)據(jù)庫，修改結(jié)構(gòu)、記錄、對用戶進行授權(quán)。

(3)元數(shù)據(jù)錄入子系統(tǒng)。用戶通過表格編寫元數(shù)據(jù)并添加到元數(shù)據(jù)系統(tǒng)中。

(4)元數(shù)據(jù)編輯子系統(tǒng)。包括元數(shù)據(jù)信息的采集和各種元數(shù)據(jù)的操作，如新建、復(fù)制、剪切、粘貼、刪除、移動、替換、格式轉(zhuǎn)換。

4 結(jié)論

礦山地理信息元數(shù)據(jù)能夠幫助人們更好地采集、管理和共享礦山數(shù)據(jù)，也是人們理解數(shù)據(jù)集內(nèi)容、數(shù)據(jù)集質(zhì)量、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)用途的重要手段，是“數(shù)字礦山”發(fā)展的必然趨勢。礦山地理信息元數(shù)據(jù)不僅是礦山數(shù)據(jù)的補充說明，也礦山信息標準化的重要內(nèi)容，應(yīng)當作為數(shù)據(jù)集的重要組成部分，受到廣泛的關(guān)注。本研究初步設(shè)計了礦山地理信息元數(shù)據(jù)標準相關(guān)內(nèi)容，開發(fā)了一個礦山地理信息元數(shù)據(jù)系統(tǒng)，實現(xiàn)了元數(shù)據(jù)管理功能。繼本研究之后還將繼續(xù)完善各項功能和其他擴展功能。希望能夠為各類礦山部門提供思路和方法不斷建立和完善礦山元數(shù)據(jù)標準的制定工作。

［1］ 蔣夕平，吳鳳凰，吳 芳，等.基于XML的巖芯信息元數(shù)據(jù)標準研究與實踐［J］.巖礦測試，2012，31(2):370-375.

［2］ 毋麗娟，譚海樵，彭金寧.礦山地理信息元數(shù)據(jù)系統(tǒng)設(shè)計［J］.江蘇地質(zhì)，2006:30(4):306-309.

［3］ 甘 露，吳曉軍，吳淑琪，等.地質(zhì)礦產(chǎn)分析測試元數(shù)據(jù)標準研究［J］.現(xiàn)代科學儀器，2006(2):64-66.

［4］ 中國21世紀議程管理中心.中國地理信息元數(shù)據(jù)標準研究［M］.北京:科學出版社，1999.

［5］ 劉道芳，徐照芳，高冰生.黃河元數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)設(shè)計與研究［J］.人民黃河，2009，31(7):9-13.

［6］ 梁曉文，陳宜金，候妙樂.建立礦山地籍元數(shù)據(jù)標準的必要性及有關(guān)現(xiàn)狀［J］.煤炭工程，2002(1):42-43.

［7］ 李 黎，李 劍.地下管線元數(shù)據(jù)建設(shè)探討［J］.現(xiàn)代測繪，2006，29(1):29-32.

［8］ 曹代勇，郝 偉.煤地質(zhì)學元數(shù)據(jù)標準化研究［J］.煤炭學報，2008，33(3):285-288.

［9］ Houlding S W.XML-An Opportunity for meaningful data standards in the geosciences［J］.Computers ＆ Geosciences，2001，27(7):839-849.

［10］ 陳惠榮，游 雄.地理空間元數(shù)據(jù)及其相關(guān)技術(shù)的探討［J］.測繪學院學報，2003，20(4):290-292.

［11］ 李軼維，王武魁.GIS元數(shù)據(jù)標準綜述［J］.科教前沿，2011(5):22-24.

［12］ 中華人民共和國國土資源部.TD/T 1016—2003 國土資源信息核心元數(shù)據(jù)標準［S］.北京:中國標準出版社，2003.

［13］ 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.CJJ/T 144—2010 城市地理空間信息共享與服務(wù)元數(shù)據(jù)標準［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2010.

［14］ 中國地質(zhì)調(diào)查局.DD 2006－05 地質(zhì)信息元數(shù)據(jù)標準［S］.北京:中國地質(zhì)調(diào)查局，2006.

［15］ 張基溫.信息技術(shù)與信息化基礎(chǔ)教程［M］.北京:電子工業(yè)出版社，1996.

［16］ 郭達志，盛業(yè)華.礦區(qū)環(huán)境災(zāi)害動態(tài)監(jiān)測與分析評價［M］.徐州:中國礦業(yè)大學出版社，1999.

［17］ 范愛民.礦區(qū)GIS建設(shè)中元數(shù)據(jù)問題研究［J］.礦山測量，2000(1):10-12.

［18］ 石金峰，李新慧，楊培章.城市地下管線元數(shù)據(jù)信息共享初探［J］.遼寧工程技術(shù)大學學報，2005，24(3):332-333.

［19］ 李勤爽，張永生.WeGIS數(shù)據(jù)的組織與元數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計［J］.測繪學院學報，2001，18(3):201-203.

［20］ 鐘 熙.基于JSP的空問元數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.測繪通報，2005(5):19-21.

［21］ 王建濤，朱龍文.基于XML元數(shù)據(jù)描述的空間數(shù)據(jù)共享管理平臺的實現(xiàn)與應(yīng)用［J］.測繪工程，2007，16(1):12-15.

［22］ 楊占東.應(yīng)用XML DB的空間元數(shù)據(jù)存儲技術(shù)［J］.地理空間信息，2010，8(3):8-10.